Aeronaves

Para começarmos o estudo sobre os conhecimentos técnicos nada mais justo do que estudarmos primeiramente a definição de aeronave.

Aeronave – É todo aparelho manobrável em voo, capaz de sustentar-se e circular no espaço aéreo, mediante reações aerodinâmicas, apto a transportar pessoas e coisas.

Classificam-se como: Aeróstatos e Aeródinos.

Aeróstatos

São aeronaves baseadas no princípio de Arquimedes, são conhecidas como “veículos mais leves que o ar”.

O princípio de Arquimedes diz que: Todo corpo mergulhado em um fluido recebe um empuxo para cima igual ao peso do fluido deslocado.

Temos como exemplo o dirigível e os balões.

Aeródinos

São aeronaves baseadas no princípio da lei da ação e reação. São conhecidas como “veículos mais pesados que o ar”.

A lei da ação e reação diz que: A toda ação corresponde uma reação de igual intensidade porem em sentidos contrários.

Temos como exemplo os aviões que são aeródinos de asas fixas e o helicóptero que são aeródinos de asas rotativas. Além desses, ainda podemos citar o ultraleve, o planador e o girocóptero.

O avião e seus componentes

Basicamente os componentes do avião são classificados de três maneiras.

• Estrutura;
• Grupo-motopropulsor;
• Sistemas.

Estudaremos cada um detalhadamente nesse curso.

1 – A estrutura é o que dá forma ao avião, é onde os ocupantes e a carga vão ficar e também fixa os demais componentes como a asa, a empenagem, o motor e outros.

2 – O grupo-motopropulsor é o componente que gera tração para que o avião possa se deslocar tanto no solo quanto em voo.

3 – Os sistemas são os conjuntos de diferentes dispositivos que cumprem com uma determinada função na aeronave. 

A estrutura do avião

Vamos começar nosso estudo pela estrutura do avião. As partes básicas dessa estrutura são:

• Asa
• Fuselagem
• Empenagem
• Superfícies de controle
• Trens de pouso
• Nacele do motor
• Hélice

A estrutura deve resistir a diversos esforços. Entre ele os que consta na figura abaixo.

Toda aeronave está suscetível a esses 5 esforços em voo, observe:

O motor puxa a aeronave para a frente, porém, a resistência do ar tenta empurrá-la para trás. O resultado é uma tração, que tende a esticar a aeronave.

A compressão é o esforço que tende a encurtar ou espremer partes da aeronave.

Enquanto a aeronave se move para a frente, a hélice, nos aviões que as possui, tende a torcer a aeronave para um dos lados, enquanto outros componentes da aeronave se mantem no curso. Dessa forma gera-se o esforço de torção.

O esforço de flexão é uma combinação de compressão e tração. Um lado do equipamento é comprimido enquanto o outro lado é esticado.

O cisalhamento é o esforço causando quando uma camada de material desliza sobre outra camada adjacente. Como duas chapas rebitadas.

Para que a estrutura do avião resista a todos esses esforços ela deve ser feita de material resistente porem ao mesmo tempo leve. Os materiais mais utilizados no revestimento de aeronaves são a liga de alumínio e a tela. As telas são feitas de plástico reforçado com fibra de vidro, carbono ou Kevlar.

Asa

As asas do avião têm a finalidade de produzir a sustentação necessária para o voo.

É composta por dois componentes principais, a Longarinas e nervuras. Em aeronaves leves revestidas por tela possuem também tirante e montantes.

As longarinas são os principais elementos da estrutura da asa, elas possuem elevada resistência, dessa forma são as responsáveis por absorver grande parte dos esforços gerados nas asas.

As nervuras dão o formato aerodinâmico a asa e transmitem os esforços do revestimento para a longarina.

Os montantes suportam esforços de compressão, estão instalados apenas em aeronaves revestidas por tela. As asas revestidas com alumínio são resistentes tornando assim os montantes e também os tirantes desnecessários.

Os tirantes são cabos de aço estivados em diagonal dentro da asa para suportarem esforços de tração.

Os suportes, mostrados na imagem anterior são membros estruturais que dão apoio as asas.

Classificação do avião

Os aviões podem ser classificados quanto:

1 – A localização da asa: Asa baixa, asa média, asa alta e asa parassol.     

2 – A fixação da asa: Cantilever e semicantilever.

3 – Ao número de asa – Monoplano, biplano, triplano.

4 – A forma da asa: Retangular, Trapezoidal, Elíptica, Delta.  

Fuselagem

É a parte do avião onde estão fixadas as asas e a empenagem. Aloja os tripulantes, passageiros e carga, e ainda contém os sistemas do avião e em muitos casos os trens de pouso e o motor.

São classificadas de três formas: Tubular, monocoque e semi-monocoque.

Aeronave com fuselagem tubular

A estrutura tubular é formada por tubos de aço soldados, podendo ter ainda cabos de aço esticados para suportar esforço de tração. Externamente é recoberta por tela, que funciona apenas como revestimento, resistindo apenas a esforços da pressão atmosférica.

Aeronave com fuselagem monocoque

Na estrutura monocoque o formato aerodinâmico é dado pelas cavernas. Os esforços são suportados por essas cavernas e também pelo revestimento que, neste caso, pode ser feito com ligas de alumínio, plástico reforçado etc.

Aeronave com fuselagem semi-monocoque

A estrutura semi-monocoque é formada por cavernas, revestimento e longarinas. Todos resistem aos esforços aplicados sobre o avião por isso é a estrutura mais usada nos aviões atuais.

Empenagem

É o conjunto de superfícies destinadas a estabilizar o avião em voo e geralmente possuem duas partes, superfície horizontal e vertical.

Superfície horizontal – se opõe a tendência da aeronave levantar e abaixar a cauda. É formada por um estabilizados horizontal fixo e um profundor móvel. Pode ser também inteiriço ou todo móvel.

Superfície vertical – Se opõe a tendência da aeronave guinar.  É constituído por um estabilizador vertical (deriva) fixo e um leme móvel.

As partes móveis das asas e da empenagem, localizados no bordo de fuga são denominadas superfícies de comando ou de controle e servem para controlar o voo do avião e dividem-se em:

• Superfícies primárias – aileron, profundor e leme.
• Superfícies secundárias – compensador.

Slats, flaps e spoilers

Os flaps e os slats são dispositivos hipersustentadores, eles permitem a asa produzir maior sustentação. São úteis no pouso e na decolagem pois permitem decolar ou aterrissar com uma menor velocidade.

O spoiler tem como principal função impedir que a velocidade do avião aumente excessivamente durante uma descida. Porem podem ajudar na função de aileron.

Controles do avião

O sistema de controle de voo é o mecanismo que movimenta as superfícies de controle do avião (profundor, aileron e leme). Ele é acionado pelo piloto pelo manche (ou bastão) e pelos pedais, os quais são conhecidos como comandos de voo.  O manche é acionado pelas mãos do piloto e os pedais pelos pés.

Os dois tipos de manches mais comuns estão ilustrados nas figuras.

• Manche volante
• Manche bastão

O manche é utilizado para cabrar e picar o avião. Cabrar significa erguer o nariz do avião, puxando o manche. E picar significa abaixar o nariz do avião, empurrando o manche.

Quando cabrado, o profundor provoca uma reação aerodinâmica no ar que escoa no profundor, baixando a cauda do avião, e erguendo o nariz. Da mesma forma funciona quando o profundor está picado. Os movimentos de cabrar e picar são denominados movimentos de arfagem e tangagem.

O manche pode ser também girado, ou deslocado, se for do tipo bastão, para os lados, a fim de rolar ou inclinar o avião.

Em muitos aviões a jato, essa inclinação pode ser efetuada através dos spoilers, que complementam a ação dos ailerons.

O movimento de rolagem é também conhecido como rolamento, inclinação lateral ou bancagem.

Os pedais servem para desviar o nariz para a direita ou para a esquerda. Esse movimento é chamado de guinada.

O mecanismo do sistema de controle de voo é formado por manche, pedais, alavancas, cabos, quadrantes, polias, esticadores, etc

Em aviões leves devem ser feitas algumas verificações e ajustes. Dentre elas destacamos as mais importantes.

Alinhamentos dos comandos – Quando o manche e os pedais estiverem nas posições neutras, as superfícies de comando também devem estar nas posições neutras.

Ajuste dos batentes – Os batentes devem ser ajustados para limitar o movimento das superfícies de comando, evitando que o piloto sobrecarregue a estrutura.

Ajuste da tensão dos cabos – A tensão deve ser ajustada de acordo com as especificações do fabricante. Cabos frouxos podem reduzir ou mesmo anular a ação dos comandos, e cabos muito esticados podem tornar os comandos duros e provocar desgaste nos componentes do sistema.

Balanceamento das superfícies – Algumas superfícies de controle são balanceadas para compensar o efeito da massa ou peso das superfícies. Esse balanceamento deve ser verificado principalmente após a execução de um reparo ou pintura da superfície de comando.

Trem de pouso

É o conjunto das partes destinadas a apoiar o avião no solo, além disso serve para amortecer os impactos do pouso, frear o avião e controlar a direção no taxi e manobras no solo.

Existem aviões que operam no meio aquático, no meio terrestre e em ambos. Desta forma surge três classificações quanto a operacionalidade do trem de pouso.  Terrestre, aquático e anfíbio.

Quanto a mobilidade, o trem de pouso classifica-se em: Fixo, Retrátil ou Escoamoteável. 

Quanto à disposição das rodas classificam-se em: Convencional e triciclo.

Classificação quanto a distância de pouso e decolagem:

VTOL – Vertical Take-Off and Landing. São aeronaves que decolam sem precisar rolar na pista para ganhar velocidade.

STOL – Short Take-off and Landing. Decolagem com no mínimo 200 metros de pista.

CTOL – Conventional Take-Off and Landing. Aeronaves que decolam com mais de 200 metros de pista. 

Amortecedores

Existem três tipos básicos de amortecedores utilizados nas pequenas aeronaves. O amortecedor por molas, aros de borracha e os amortecedores hidráulicos ou hidropneumático.

Amortecedor de mola

Os amortecedores do tipo mola são os mais simples. Constitui apenas de uma lâmina ou tubo de aço flexível que atua como uma mola, absorvendo o impacto do pouso. Porem a mola não amortece o impacto, insto é, não dissipa a energia, em vez disso ela a devolve para o avião, podendo fazê-lo saltar de volta ao ar.

Amortecedor de borracha

O amortecimento realizado por grossos aros de borracha atua da seguinte forma. Num pouso o trem de pouso abre-se para os lados, esticando os aros de borracha e absorvendo o impacto do choque.

Amortecedor hidráulico

O amortecedor hidráulico é constituído por uma haste que desliza dentro de um cilindro contendo um fluido oleoso. Esse fluido realiza o amortecimento do impacto e uma mola externa suporta o peso do avião.

Uma variação desse amortecedor e o hidropneumático onde um gás dentro do cilindro é comprimido a uma pressão suficientemente elevada para suportar o peso do avião. Isso elimina o uso da mola externa e melhora o funcionamento de todo o conjunto.

O amortecimento através do fluido é bastante eficaz e praticamente evita o salto do avião, mesmo em pousos mal executados. Na figura ao lado, podemos ver a tesoura, que serva para manter o alinhamento da roda enquanto a haste se recolhe. Podemos ver também o orifício e a agulha, que restringe o movimento do fluido.

Conjunto das rodas

Esse conjunto tem a finalidade de permitir a rolagem do avião no solo e a sua frenagem. Esse conjunto constitui das seguintes partes:

Pneu, Rodas e Freios

Vemos na figura abaixo um pneu cortado mostrando as lonas que tornam a sua carcaça resistente. A banda de rodagem é a superfície desgastável, e os sulcos permitem a fuga da água, evitando que o pneu deslize numa pista molhada. A câmara de ar fica dentro do pneu, e serve para conter o ar. A pressão do ar é suportada pelo pneu, e não pela câmara. Existem pneus com e sem câmara. Os pneu sem câmara são vedados para evitar a fuga do ar. Além dos pneus com e sem câmara existem os pneus de alta pressão (usado para pistas pavimentadas e duras) e pneus de baixa pressão (usados em pistas macias como grama e terra).

Existem basicamente três tipos de construção de rodas para aviões.

Freios

Além da função normal de frear, os freios dos aviões são usados para realizar curvas fechadas em manobras no solo. Para isso o piloto efetua a frenagem diferencial, que consiste em aplicar o freio somente do lado que se deseja realizar a curva juntamente com o pedal.

Os freios são acionados através da ponte superior do pedal. Desta forma será acionado o cilindro–mestre do freio, o qual enviará fluido hidráulico aos freios das rodas, através de um tubo. 

Com raras exceções, somente o trem de pouso principal possui freios. Pois a bequilha ou trem do nariz sustenta apenas uma parte do peso do avião, com isso o freio nesta roda seria ineficiente. 

Os freios são acionados através dos mesmos pedais do leme de direção, conforme mostram a figura abaixo:

Os freios das aeronaves podem ser a disco ou a tambor.

Nos freios a tambor existe um tambor que gira juntamente com a roda. Ao aplicar o freio, duas sapatas ou lonas atritam-se contra o lado interno do tambor, provocando a freagem da roda. 

Os freios a disco possuem um disco que gira juntamente com a roda. Quando o freio é aplicado, o fluido hidráulico faz com que as pastilhas, em ambos os lados do disco, faça pressão sobre este, freando a roda.

O sistema de acionamento dos freios podem ser:

• Hidráulicos – É o sistema que utiliza fluido hidráulico para realizar a frenagem.
• Pneumático – É o sistema que utiliza ar comprimido para realizar a frenagem.
• Mecânico – É o sistema que aciona os freios mecanicamente através de hastes, cabos, alavancas e polias.

Freios de estacionamento – O freio de estacionamento é o próprio freio normal do avião, onde os pedais ficam travados no fundo através de uma alavanca puxada pelo piloto. Existe também freios de estacionamento independentes, semelhantes aos freios de mão dos automóveis.

Sistema de frenagem de emergência

Sistema duplicado – Formado por dois sistemas normais que funcionam em conjunto, mas são independentes, de modo que se um falhar o outro continua funcionando.

Sistema de emergência independente – É um sistema separado do sistema principal, que entra em ação somente quando o sistema principal falhar. Algumas vezes serve também como freio de estacionamento.

Sistema antiderrapante – O auge da frenagem ocorre quando os pneus estão prestes a derrapar. Para evitar que derrapem, os aviões possuem o sistema antiderrapante. Esse sistema libera os freios quando a roda está prestes a parar, e os aplica novamente logo que a rotação se reinicia. Essa ação de forma rápida e continua faz a frenagem, na prática, se manter continua no limite da derrapagem. Antes do pouso o piloto deve verificar se o sistema está ligado e funcionando.

Controle direcional no solo

É efetuado pelo trem do nariz ou bequilha, que são controlados pelos pedais do leme, através de cabos ou hastes. A figura mostra detalhes de um trem do nariz e as hastes que controlam a direção.

As hastes ou cabos estão ligadas aos pedais do leme de direção. Servem para controlar a direção do trem o nariz durante o taxi.

Shimmy é a vibração direcional do trem do nariz que pode ocorrer durante a corrida de decolagem, após o pouso e em outras situações. Para isso é necessário um amortecedor de Shimmy. 

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